[發明專利]一種利用激波效應實現在空氣中成像的方法

有效

• 申請號: 202110941704.9
• 申請日: 2021-08-17
• 公開（公告）號: CN113655628B
• 公開（公告）日: 2022-06-28
• 發明（設計）人: 佟國棟;夏軍
• 申請（專利權）人: 東南大學
• 主分類號: G02B30/50
• 分類號: G02B30/50;G02B30/56
• 代理公司: 南京瑞弘專利商標事務所(普通合伙) 32249
• 代理人: 沈廉

本發明公開了一種利用激波效應實現在空氣中成像的方法，采用單色激光器(1)、RGB三色激光器(2)、第一偏轉鏡(3)、分光鏡(4)構成成像裝置；其中，采用RGB三色激光器(2)與單色激光器(1)的光束傳播路徑共軸方法，RGB三色激光器(2)發出的三色激光與單色激光器(1)發出的激光通過分光鏡(4)形成共軸光束，該共軸光束通過第一偏轉鏡(3)反射后照射在空氣中，利用激波對空氣的散射效應進行空間散射成像。本發明提出的通過脈沖激光照射空氣產生的激波效應進行成像結構簡單，由于即使在相對濕度較低的空氣中水蒸氣也依然能夠產生，所以只需通過上述步驟獲得效果，對高溫高壓下的分子研究，空間成像，裸眼三維顯示有研究價值。

技術領域

本發明涉及一種實現在空氣中產生的激波效應進行成像的方法，特別涉及一種利用光聲效應在空氣中產生激波的效應進行三維顯示。

背景技術

激波是氣體超音速流動時產生的壓縮現象。我們往往通過光聲效應來實現：一種利用頻域的方法用連續的激光器快速掃描空氣產生光聲效應來產生激波，二種利用時域的方法用脈沖激光器通過調節頻率照射空氣產生的光聲效應來產生激波。

頻域方法產生光生效應以Ryan M.Sullenberger提出利用1907nm連續激光以聲速掃描空氣產生的光聲效應為例。基本原理是利用激光通過振鏡對激光進行頻率調制，調制后的激以一定的頻率對指定的空氣區域進行掃描。從硬件構成，我們可以看出它有兩個致命的缺點，(1)振鏡頻率會影響光聲信號；(2)容易受外界干擾。

時域方法產生光聲效應的應用非常的多，也是目前主要的方法應用在生物體成像方面。以Razansky,Daniel的實驗室為例。基本原理是利用激光照射在生物上，產生光聲效應，通過接收光聲信號來對圖像進行圖像重建。目前在利用光聲效應在空氣中來進行成像的還沒有實現。

本發明采用時域方法，通過調制光，從而實現在三維空間的空氣擾動，在擾動的空氣上實現三維圖像的散射顯示。與上面的時域方法在生物體成像對比是完全不同的。

發明內容

技術問題：本發明的目的是提出一種利用激波效應實現在空氣中成像的方法，該方法首次提出了通過脈沖激光直接在空氣中產的激波進行成像的方法。可以實現高分辨率的成像，更快速、簡單地在空氣中成像，為未來真三維顯示的進一步發展提供了新思路。

技術方案：為了解決上述技術問題，本發明的一種利用激波效應實現在空氣中成像的方法包括如下步驟：

采用單色激光器、RGB三色激光器、第一偏轉鏡、分光鏡構成成像裝置；其中，采用RGB三色激光器與單色激光器的光束傳播路徑共軸方法，RGB三色激光器發出的三色激光與單色激光器發出的激光通過分光鏡形成共軸光束，該共軸光束通過第一偏轉鏡反射后照射在空氣中，利用激波對空氣的散射效應進行空間散射成像。

所述的第一偏轉鏡由第一空間光調制器替代，該共軸光束通過第一空間光調制器后反射在空氣中，利用激波對空氣的散射效應進行空間散射成像。

所述的成像裝置中，在第一偏轉鏡與分光鏡之間設置分束器，由分束器將分束光送至第二偏轉鏡，通過第一偏轉鏡和第二偏轉鏡的反射位置和調節偏轉鏡的頻率，讓激波在空氣中相互干擾疊加顯示不同的圖像。

所述的成像裝置中，所述的第二偏轉鏡由第二空間光調制器替代，采用以偏轉鏡和空間光調制器空間相互相干，從而實現固定位置超聲波的增強，結合RGB三色激光器，實現三維空間定點位置圖像顯示。

所述的成像裝置中，第一偏轉鏡由第一空間光調制器替代，第二偏轉鏡由第二空間光調制器替代，采用第一空間光調制器和第二空間光調制器通過編程不同的算法讓激光在三維空間中顯示不同的圖像。

所述的第一偏轉鏡是電流偏轉鏡或是通過MEMS技術制成的偏轉鏡。